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DE20023848U1 - Device for applying atomized fluids, e.g. for rapid prototyping, has ultrasonic atomizers supplied with fluid essentially arranged above defined region to which atomized fluid is to be applied, at least one is movable over defined region - Google Patents

Device for applying atomized fluids, e.g. for rapid prototyping, has ultrasonic atomizers supplied with fluid essentially arranged above defined region to which atomized fluid is to be applied, at least one is movable over defined region Download PDF

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DE20023848U1
DE20023848U1 DE20023848U DE20023848U DE20023848U1 DE 20023848 U1 DE20023848 U1 DE 20023848U1 DE 20023848 U DE20023848 U DE 20023848U DE 20023848 U DE20023848 U DE 20023848U DE 20023848 U1 DE20023848 U1 DE 20023848U1
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ultrasonic
fluid
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ultrasonic atomizers
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Voxeljet Technology GmbH
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Abstract

The device for applying atomized fluids has at least two ultrasonic atomizers (1A) that are supplied with the fluid essentially arranged above the defined region to which the atomized fluid is to be applied. At least one of the ultrasonic atomizers can be moved over the defined region.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auftragen von zerstäubten Fluiden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer solchen Vorrichtung.The The present invention relates to a device for applying of atomized Fluids. Furthermore, the invention also relates to the use of a such device.

In vielen Bereichen der Technik ist es notwendig, dass Fluide und dabei insbesondere Flüssigkeiten in sehr feine Partikel zerstäubt werden können und dadurch in einer möglichst genauen Menge und in einer feinen Verteilung zerstäubt und dadurch zum Beispiel auf eine andere Schicht aufgetragen werden können.In Many areas of technology require fluids and that especially liquids atomized into very fine particles can and can thereby in one possible exact quantity and in a fine distribution atomised and thereby, for example, can be applied to another layer.

Bei bestimmten Rapid-Prototyping-Verfahren spielt beispielsweise eine Beschichtung von Bindemittel eine wichtige Rolle. Aus der DE 198 53 834.0 ist ein derartiges Rapid-Prototyping-Verfahren zum Aufbau von Gussmodellen bekannt. Hierbei wird ein unbehandeltes Partikelmaterial, wie Quarzsand, auf eine Bauplattform in einer dünnen Schicht aufgetragen. Danach wird mit Hilfe einer Spray-Vorrichtung ein Bindemittel auf das Partikelmaterial in einer möglichst feinen Verteilung aufgesprüht und anschließend darüber auf ausgewählte Bereiche ein Härter dosiert, wodurch die erwünschten Bereiche verfestigt werden. Wird dieser Vorgang immer wieder wiederholt, kann ein individuell geformter Körper aus dem gebundenen Partikelmaterial bereitgestellt werden. Dieser Körper ist zunächst in dem umliegenden, ungebundenen Partikelmaterial eingebettet und kann nach Abschluß des Bauvorganges aus dem Partikelbett entnommen werden.In certain rapid prototyping processes, for example, a coating of binder plays an important role. From the DE 198 53 834.0 is such a rapid prototyping method for building cast models known. Here, an untreated particulate material, such as quartz sand, is applied to a building platform in a thin layer. Thereafter, with the aid of a spray device, a binder is sprayed onto the particulate material in as fine a distribution as possible, and thereafter a hardener is metered onto selected areas, whereby the desired areas are solidified. If this process is repeated again and again, an individually shaped body of the bound particulate material can be provided. This body is initially embedded in the surrounding, unbound particulate material and can be removed from the particle bed after completion of the construction process.

Wird beispielsweise bei einem derartigen Verfahren als Partikelmaterial ein Quarzsand verwendet und als Bindemittel ein Furanharz, kann mit Hilfe einer schwefeligen Säure als Härtermaterial eine Gussform hergestellt werden, die aus üblicherweise bei der Modellherstellung verwendeten und daher dem Fachmann bekannten Materialien besteht.Becomes For example, in such a method as a particulate material a quartz sand used and as a binder, a furan resin with the help of a sulphurous acid as hardener material one Molds are made that are commonly used in model making used and therefore known in the art materials.

Schwierigkeiten bei diesen bekannten Verfahren liegen meist in dem Eintrag des Bindemittels begründet. Um eine geeignete Gussform herstellen zu können, muß diese Gussform bestimmten Anforderungen an die Festigkeit und an den Bindemittelgehalt genügen.difficulties in these known methods are usually justified in the entry of the binder. Around To be able to produce a suitable mold, this mold must be determined Requirements for strength and binder content are sufficient.

Zum Einen muß die Festigkeit ausreichen, um dem Druck des flüssigen Metalles beim Gießen standhalten zu können beziehungsweise die Auftriebskräfte im Falle der Bildung eines Kernes ohne störende Verformung in das Kernlager ableiten zu können.To the One must the Strength sufficient to withstand the pressure of the liquid metal during casting to be able to or the buoyancy forces in the case of the formation of a core without disturbing deformation in the core bearing to derive.

Zum Anderen muß der Bindemittelgehalt jedoch möglichst gering sein, damit das beim Gießen des Metalles verdampfende Bindemittel nicht zu Gas-Einschlüssen und damit zu einer minderen Qualität des Gussteiles führt. Ein möglichst niedriger Bindemittelgehalt begünstigt zudem das Entformen des Gussteils, da beim Gießen ein Großteil des Bindemittels verdampft. Bei der Verwendung von möglichst wenig Bindemittel bleibt nach dem Gießen des Bauteiles im wesentlichen nur noch loser, leicht zu entfernender Sand zurück.To the Others must the Binder content, however, if possible be low, so when pouring the Metal vaporizing binders fail to gas inclusions and thus to a lesser quality of the casting leads. One possible low binder content favors In addition, the demolding of the casting, as the casting evaporates much of the binder. When using as little as possible Binder remains after casting of the component essentially only loose, easy to remove Sand back.

Das Auftragungsverfahren des Bindemittels ist daher besonders wichtig, da hierbei der Bindemittelgehalt und die Bindemittelverteilung des Gussmodelles festgelegt werden. Schwierigkeiten bereitet dabei häufig, dass es sich bei dem Bindemittel um eine hochviskose Flüssigkeit handelt, die nur schwer fein verteilt werden kann.The Application method of the binder is therefore particularly important since in this case the binder content and the binder distribution of Casting models are set. It often causes difficulties that it is the binder to a highly viscous liquid which is difficult to finely distribute.

Die Anforderungen an eine Vorrichtung zum Auftragen beispielsweise eines Bindemittels auf eine Schicht von Partikeln sind, das Bindemittel in einer homogenen und vorbestimmten Verteilung auf die Oberflächen der Partikel aufzubringen, ohne diese dabei in ihrer Form und ihrer Verteilung zu beeinflussen.The Requirements for a device for applying, for example, one Binders on a layer of particles are the binder in a homogeneous and predetermined distribution on the surfaces of the Apply particles without them in their shape and their Influence distribution.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zur Zerstäubung von Flüssigkeiten bekannt.Out The prior art has various possibilities for atomization of Fluids known.

So werden häufig Hochdruckzerstäuber verwendet, um Flüssigkeiten mit ähnlichen Fluideigenschaften, wie dem des Bindemittels, sehr fein zu verteilen. Hochdruckzerstäuber drücken das zu verteilende Fluid meist mit mehr als 20 bar durch eine enge Düse hindurch. Dabei bildet sich eine Flüssigkeitslamelle, die in einzelne Tropfen zerfällt. Die Tropfen werden bei einer solchen Zerstäubung auf einem festen Untergrund entsprechend der Lamellenform ringförmig um ein Zentrum mit niedriger Tropfendichte und einem konzentrischen Bereich mit hoher Tropfendichte verteilt.So become common Hochdruckzerstäuber used to liquids with similar ones Fluid properties, such as that of the binder, very finely distributed. Hochdruckzerstäuber to press the fluid to be distributed usually with more than 20 bar through a narrow nozzle. This forms a liquid lamella, which disintegrates into individual drops. The drops are on such a sputtering on a solid surface according to the lamellar shape annular around a center with lower Drop density and a concentric area with high drop density distributed.

Da jedoch die kinetische Energie der mit einem Hochdruckzerstäuber gebildeten Tropfen relativ hoch ist, kann eine lose Pulverschüttung, auf die das Bindemittel aufgetragen werden soll, nur durch einen großen Abstand von der Düse gegen Verblasen geschützt werden. Dadurch ist aber ein unerwünscht ho her Platzbedarf bei einem solchen Zerstäuber notwendig und weiterhin unterliegen die Tropfen auf dem langen Weg von der Tropfenbildung zum Auftragungsort auch äußeren Einflüssen.There however, the kinetic energy of those formed with a high pressure atomizer Drops are relatively high, may be a loose powder bed, on the binder should be applied, only by a large distance from the nozzle protected against blowing become. As a result, however, an undesirably high space requirement is involved such an atomizer necessary and continue to be subject to the drops on the long way from the formation of drops to the place of application also external influences.

Ein weiteres Problem dieser Hochdruckzerstäuber ist die große Totzeit bei den Start- und Stopp-Vorgängen. Bis sich nach Druckbeaufschlagung an der Düse eine Lamelle und damit auch der Tropfenabriß gebildet hat, entsteht dort ein größerer Fluidtropfen, der sich unvermittelt ablöst und die gleichmäßige Verteilung des Fluids deutlich stört. Dies gilt ebenso, wenn der Druck abgeschaltet wird. Dieser Effekt verstärkt sich zudem noch durch Nachgiebigkeiten beziehungsweise Ungenauigkeiten im System, die zu einem weiteren Nachtropfen von Bindemittel führen.Another problem with these high pressure atomizers is the large dead time in the start and stop operations. Until after pressure has been applied to the nozzle, a lamella and thus also the droplet separation has formed, there arises a larger fluid drop, which separates abruptly and the uniform distribution of the fluid significantly disturbs. This also applies when the pressure is switched off. In addition, this effect is aggravated by compliances or inaccuracies in the system, which lead to a further dripping of binder.

Eine weitere Zerstäubungsvorrichtung wird in der EP 0 049 636 A1 offenbart. Auch diese Vorrichtung arbeitet mit Vordruck in einer Düsenkammer. Jedoch wird der Tröpfchenzerfall hierbei durch einen elektrischen Vibrierer, der beispielsweise über einen Piezoaktuator angesteuert wird, erzeugt.Another atomizing device is in the EP 0 049 636 A1 disclosed. This device also works with form in a nozzle chamber. However, the droplet decay is generated by an electric vibrator, which is controlled for example via a piezoelectric actuator.

Bei allen diesen, mit Düsen arbeitenden Zerstäubern hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die sehr kleinen Düsendurchmesser zum Verstopfen neigen. Dies trifft insbesondere bei der Verwendung von hochzähen Flüssigkeiten schwer ins Gewicht. Größere Düsendurchmesser neigen hingegen zu einem Lufteinsaugen in die Düsenkammer und damit zu einem starken Wirkungsverlust.at all of these, with nozzles working atomizers It has proved to be disadvantageous that the very small nozzle diameter tend to clog. This is especially true during use from toughening liquids heavy in weight. Larger nozzle diameter on the other hand tend to an air sucking into the nozzle chamber and thus to a strong loss of effect.

In der WO 98/00237 wird ein Tröpfchenwolkenerzeuger vorgestellt, der mit innerhalb einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer strömungstechnisch effektiv angeordneten Piezobiegewandler ein ganzes Feld von Düsen mit Druck beaufschlagt, wo durch ein Tropfenausstoß bewirkt wird. Im Gegensatz zu dem aus der EP 0 049 636 A1 bekannten Prinzip ist dabei jedoch kein Vordruck notwendig.In WO 98/00237 a droplet cloud generator is presented, which, with fluidically effectively arranged piezoelectric transducers within a fluid-filled chamber, pressurizes an entire array of nozzles, which is caused by droplet ejection. In contrast to that from the EP 0 049 636 A1 known principle, however, no form is necessary.

Aber auch dieses System neigt aufgrund der geringen Düsendurchmesser zum Verstopfen. Außerdem ist die Lebensdauer eines solchen Tröpfchenwolkenerzeugers, insbesondere bei Verwendung von hochviskosen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Bindemitteln, relativ kurz.But Also this system tends to clog due to the small nozzle diameter. Furthermore is the life of such a droplet cloud generator, in particular when using high viscosity liquids, such as Binders, relatively short.

Weiterhin ist es aus der Praxis auch bekannt, Luftzerstäuber einzusetzen. Hierbei reißt ein Mantelluftstrom feinste Tröpfchen aus einer Kapillare ab. Diese Art der Zerstäubung wird vor allem in der Lackiertechnik verwendet. Bei einer Anwendung beispielsweise für Bindemittel, das auf loses Partikelmaterial aufgetragen werden soll, verbläst der Mantelluftstrom unerwünschterweise auch das Partikelmaterial. Darüber hinaus entstehen auch hier wiederum Schwierigkeiten bzw. Unregelmäßigkeiten beim Ein- und Ausschalten des Zerstäubers.Farther it is also known from practice to use air atomizers. This breaks a shell air flow finest droplets from a capillary. This type of atomization is especially in the Painting technique used. For example, in an application for binders, which is to be applied to loose particulate material, blown the Mantelluftstrom undesirably also the particle material. About that In addition, difficulties or irregularities arise here as well when switching the atomizer on and off.

Auch ist es möglich, dass feine Tröpfchen beispielsweise über einen Rotationszerstäuber auf einen vorbestimmten Bereich aufgetragen werden. Dabei wird über eine Rotation eine dünne Flüssigkeitslamelle erzeugt, die in einzelne Tropfen zerfällt. Jedoch ist auch bei einer solchen Vorrichtung das Anlaufverhalten für eine Anwendung, bei der das Fluid sehr genau aufgetragen werden soll, sehr nachteilig.Also Is it possible, that fine droplets, for example, over a rotary atomizers be applied to a predetermined area. It is about a Rotation a thin one liquid lamella produced, which disintegrates into individual drops. However, it is also at one such device the startup behavior for an application in which the Fluid is to be applied very accurately, very detrimental.

Aus der US 4,796,807 ist ein Ultraschallzerstäuber zum Zerstäuben niedrigviskoser Fluide bekannt. Diese Ultraschallzerstäuber bestehen aus einem Aktuatorelement, in der Regel einer Piezokeramik, einer Flüssigkeitszuführung und je nach Einsatzzweck auch einer Luftführung. Der Piezoaktuator oszil liert bei seinem Betrieb mit einer hohen Frequenz. Das Fluid befindet sich auf einer Schwingplatte und wird durch die durch die Schwingung erzeugten Oberflächeneffekte in der Flüssigkeit abgeschleudert. Ein um den Aktuator führender Luftstrom nimmt die mit einem relativ schwachen Impuls versehenen Tropfen auf und befördert sie in einer Luftströmung weiter.From the US 4,796,807 An ultrasonic atomizer for atomizing low-viscosity fluids is known. These ultrasonic atomizers consist of an actuator element, usually a piezoceramic, a liquid supply and depending on the purpose of an air duct. The piezo actuator oscillates during its operation at a high frequency. The fluid is located on a vibrating plate and is thrown off by the surface effects generated by the vibration in the liquid. An air stream leading around the actuator picks up the droplets, which are provided with a relatively weak impulse, and conveys them further in an air flow.

Solche Ultraschallzerstäuber finden heutzutage in der Klimatechnik Anwendung, um die Luftfeuchtigkeit über die Zumischung von Wassertröpfchen einzustellen oder auch in der Medizintechnik, um Medikamente derart aufzubereiten, dass sie von einem Patienten inhaliert werden können.Such ultrasonic nebulizer These days air conditioning is used to control the humidity in the air Admixture of water droplets to discontinue or even in medical technology to drugs like that prepare them to be inhaled by a patient.

Bei einem solchen aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallzerstäuber hat es sich als nachteilig erwiesen, dass bei einem Auftrag von Fluiden auf ein begrenztes Feld relativ viel Zeit vonnöten ist, um im wesentlichen eine gleichmäßige homogene Verteilung des Fluides zu erreichen.at has such known from the prior art ultrasonic atomizer it proved to be disadvantageous that in an order of fluids In a limited field, a relatively large amount of time is required to do so a uniform homogeneous To achieve distribution of the fluid.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der mit einem relativ kurzen Zeitaufwand eine homogene Verteilung von zu zerstäubendem Fluid erreicht werden kann und bei dem das Problem des Verstopfens von Düsen verhindert werden kann.It It is therefore an object of the present invention to provide a device with a relatively short time a homogeneous distribution from to be atomized Fluid can be achieved and in which the problem of clogging of nozzles can be prevented.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Auftragen von zerstäubten Fluiden mittels Ultraschallzerstäuber auf einen vorgegebenen Bereich, wobei mindestens zwei Ultraschallzerstäuber, die mit dem Fluid beliefert werden, im wesentlichen oberhalb des vorgegebenen Bereiches, in Richtung zur Auftragung gesehen, angeordnet sind.According to the invention this Task solved with a device for applying atomized fluids by means of ultrasonic atomizer a predetermined range, wherein at least two ultrasonic atomizers, the be supplied with the fluid, substantially above the predetermined Area, as seen in the direction of the plot, are arranged.

Dadurch, dass nun zumindest zwei Ultraschallzerstäuber im wesentlichen oberhalb des vorgegebenen Bereiches angeordnet sind, kann beim Zerstäuben zumindest über einen durch die zwei Zerstäuber gebildeten Bereich ein relativ homogenes Sprühbild des zerstäubten Fluides erreicht werden. Dabei sollte der Abstand der zumindest zwei Ultraschallzerstäuber voneinander vorzugsweise derart gewählt sein, dass das aus dem Zerstäuber austretende Sprühgut sich in einem gewissen Bereich überlappt.Thereby, that now at least two ultrasonic atomizers substantially above are arranged at the predetermined range, can at least over a sputtering through the two atomizers formed area a relatively homogeneous spray pattern of the atomized fluid be achieved. In this case, the distance between the at least two ultrasonic atomizers should be different preferably chosen such be that from the atomizer emerging spray material overlaps in a certain range.

Handelt es sich bei dem vorgegebenen Bereich um einen sich zumindest in der Breite und/oder in der Tiefe weiter erstreckenden Bereich, als der von den Ultraschallzerstäubern erreichte, so ist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung derart vorgesehen, dass zumindest einer der Ultraschallzerstäuber über dem vorgegebenen Bereich verfahrbar ist. So kann durch Verfahren der Ultraschallzerstäuber auch auf einem größeren Bereich Fluid aufgetragen werden.If the predetermined area is an area that extends at least in the width and / or in the depth, than that of reached the ultrasonic atomizers, the device is provided in an advantageous embodiment such that at least one of the ultrasonic atomizer over the predetermined range is movable. Thus, it is also possible to apply fluid to a larger area by means of ultrasound atomizers.

Die Verfahrmöglichkeiten der Ultraschallzerstäuber können neben den Erstreckungsrichtungen des vorgegebenen Bereiches auch eine Höhenverfahrbarkeit umfasssen. Sind die Ultraschallzerstäuber auch in ihrer Höhe verfahrbar, so kann der Abstand zum vorgegebenen Bereich je nach Auftragungsart, Fluid, Umgebungsbedingungen usw. eingestellt werden.The Traversing the ultrasonic atomizer can in addition to the extension directions of the given area also a height mobility umfasssen. Are the ultrasonic atomizers also movable in height, so the distance to the given area, depending on the application, Fluid, ambient conditions, etc. are set.

Sind die mindestens zwei Ultraschallzerstäuber nebeneinander, hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordnet, so kann eine noch bessere homogene Verteilung des Sprühgutes erreicht werden. Bei einer entsprechenden Anordnung der Ultraschallzerstäuber kann die Auftragung in ihrer Verteilung des Sprühgutes auf dem Bereich, wie erwünscht eingestellt werden.are the at least two ultrasonic atomizers side by side, one behind the other and / or staggered to each other, so even better homogeneous Distribution of the sprayed material be achieved. In a corresponding arrangement of the ultrasonic atomizer can the application in their distribution of the spray material on the area, such as desired set become.

Darüber hinaus können, je nach Größe des mit dem zerstäubten Fluid zu versehenen Bereiches auch mindestens vier oder noch weitaus mehr Ultraschallzerstäuber vorgesehen sein.Furthermore can, depending on the size of the the atomized Fluid area also at least four or even more more ultrasonic atomizers be provided.

Ist zumindest ein oder sind sogar alle Ultraschallzerstäuber mit einer Luftführung versehen, so werden die zu zerstäubenden Partikel noch besser auf dem vorgegebenen Bereich verteilt. Ohne eine Luftzuführung bewegen sich die zerstäubten Partikel ausschließlich aufgrund ihrer Schwerkraft vom Ultraschallzerstäuber zum vorgegebenen Bereich, wie beispielsweise einer Bearbeitungsfläche. Das Auftragungs-Bild des Zerstäubers entspricht dabei ohne Luftzuführung im Querschnitt der Austrittsfläche des Zerstäubers. Um einen breiteren flächigeren Auftrag erreichen zu können, werden die Partikel vorzugsweise durch eine kegelförmige Luftführung aufgefächert.is at least one or even all ultrasonic atomizers with an air duct provided, so to be atomized Particles even better distributed on the given area. Without an air supply the atomized ones move Particles exclusively due to its gravity from the ultrasonic atomizer to the given area, such as a working surface. The application image of the atomizer corresponds without air supply in the cross section of the exit surface the atomizer. To a wider area Order to reach, The particles are preferably fanned out by a conical air guide.

Zum Erreichen einer Luftführung kann die zugeführte Luft durch Umlenkbleche in eine starke Rotation versetzt werden und als rotierende, zylindrische Luftmasse neben der vibrierenden Oberfläche des Zerstäubers austreten. Das zerstäubte Fluid wird durch diesen Luftstrom mitgerissen und durch die Zirkulation der Luft nach dem Austritt aus dem Zerstäuber kegelförmig aufgeweitet.To the Reaching an air duct can the supplied Air can be put into a strong rotation by baffles and as a rotating, cylindrical air mass next to the vibrating one Surface of the atomizer escape. The atomized Fluid is entrained by this airflow and by the circulation The air expands conically after exiting the atomizer.

Diese Luftzirkulation kann beispielsweise durch in den Ultraschallzerstäuber eingelegte, mit Umlenkblechen versehene Drallbleche erreicht werden, wobei die Umlenkbleche individuell nach ihrer Drallrichtung und Drallstärke eingestellt werden können.These Air circulation, for example, by inserted into the ultrasonic atomizer, be achieved with baffles provided with baffles, wherein the Deflector plates individually adjusted according to their twist direction and spin strength can be.

Handelsüblich verwendete Zerstäuber besitzen im allgemeinen eine einheitliche Drallrichtung der Luftführung. Dies kann jedoch zu einer Beeinträchtigung des sogenannten Spray- Bildes, also der Auftragungsbereich des Zerstäubergutes, führen, da im Überlappungsbereich die zerstäubten Partikel mit entgegengesetzter Geschwindigkeit aufeinanderprallen. Um eine dadurch entstehende gegenseitige Störung des Flusses der zerstäubten Partikel einzudämmen, sollten die Luftrotationsrichtungen benachbarter Ultraschallzerstäuber mit Luftführung vorteilhafterweise entgegengesetzt aufeinander zulaufen.Commercially used atomizer generally have a uniform spin direction of the air duct. This however, it can be detrimental the so-called spray picture, So the application area of the Zerstäubergutes lead, because in the overlap area the atomized Particles collide at opposite speeds. To a resulting mutual disturbance of the flow of the atomized particles curb, should the Luftrotationsrichtungen adjacent ultrasonic atomizer with air duct advantageously opposite to each other.

Um mehrere, erfindungsgemäß eingesetzte Ultraschallzerstäuber mit einem Fluid zu versorgen, ist es wichtig, dass das Fluid an alle Zerstäuber gleichberechtigt verteilt wird. Darüber hinaus soll die Versorgung mit dem Fluid unabhängig von der Anzahl der angeschlossenen Ultraschallzerstäuber sein, um ein Zu- oder Abschalten von Zerstäubern während der Laufzeit der Vorrichtung zu ermöglichen. Weiterhin soll eine derartige Vorrichtung eine möglichst genaue Durchflußmenge fördern.Around several, according to the invention used with ultrasonic atomizers To supply a fluid, it is important that the fluid to all Atomizer on an equal footing is distributed. About that In addition, the supply of the fluid should be independent of the number of connected Be an ultrasonic atomizer, to turn on or off of atomizers during the life of the device to enable. Furthermore, such a device should promote the most accurate flow.

Zu diesem Zweck wird nun erfindungsgemäß eine zentrale Zuführung des Fluids gewählt, die für alle Ultraschallzerstäuber einen konstanten Druck des Fluids bereitstellt. Dabei ist die Zuführung derart ausgestaltet, dass die Gehäuse- und Leitungsquerschnitte so ausgelegt sind, dass sich bei den vorhandenen Strömungsgeschwindigkeiten kein Druckabfall in dem System einstellt.To This purpose is now a central feed of the invention Fluids selected, for all ultrasonic nebulizer provides a constant pressure of the fluid. The feeder is designed in this way that the housing and cable cross-sections are designed so that in the existing flow rates does not set pressure drop in the system.

Werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hochviskose Fluide, wie beispielsweise Bindemittel, verwendet, ist der Temperatureinfluß auf die Viskosität und damit bei einem Druckförderer auch auf die Durchflußmenge erheblich.Become according to a preferred embodiment high viscosity fluids such as binders is used the influence of temperature on the viscosity and with a pressure conveyor too on the flow rate considerably.

Um diesem Umstand Rechnung zu tragen und solchen äußeren Einflüssen entgegenzutreten, wird der notwendige Druck, der zur gewünschten Durchflußrate führt, abhängig von Temperatur und eingesetztem Fluid über ein geeignetes Druckregelsystem variabel eingestellt. Der Druck wird dabei ständig während der Laufzeit der Anwendung den äußeren Gegebenheiten angepaßt.Around to take account of this fact and to counteract such external influences the necessary pressure, which leads to the desired flow rate, depending on Temperature and fluid used via a suitable pressure control system set variably. The pressure is constantly during the term of the application the external conditions customized.

Um den Ultraschallzerstäubern jeweils die gleiche Menge an Medium bereitzustellen, müssen die Zuführsysteme vor ihrem Einsatz auch kalibriert werden. Alle Systeme müssen dem Medium den gleichen Durchflußwiderstand bieten. Dies wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch den Einsatz von Drosseln erreicht, wobei jeweils einem Ultraschallzerstäuber eine Drossel vorgeschaltet ist.Around the ultrasonic atomizers each have to provide the same amount of medium, the feeding be calibrated before use. All systems must be Medium the same flow resistance Offer. This will be done according to a preferred embodiment achieved by the use of chokes, each with a Ultraschallzerstäuber a Throttle is connected upstream.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Ansteuerung des Ultraschallzerstäubers derart ausgeführt, dass es sich um eine adaptive Ansteuerung handelt. Solche Ansteuerungen sind meist sehr schwierig, da aufgrund der höheren Dichte eines vorzugsweise eingesetzten Bindemittels eine adaptive Frequenzsteuerung notwendig ist, denn zum Zerstäuben von hochviskosen Fluiden ist eine möglichst hohe Amplitude notwendig.According to a particularly preferred Aus Guidance form, the control of the ultrasonic atomizer is designed such that it is an adaptive control. Such controls are usually very difficult, since an adaptive frequency control is necessary due to the higher density of a binder preferably used, because for atomization of highly viscous fluids, the highest possible amplitude is necessary.

Dies hat zur Folge, dass die als Aktuator eingesetzte Piezokeramik immer mit der Eigenfrequenz des ganzen Systems Piezokeramik plus Anbauteile angeregt werden muss, um eine maximale Schwingungsamplitude auf der Schwingplatte zu erreichen und damit die hochviskose Flüssigkeit optimal zu zerstäuben. Hierbei ist es nun problematisch, dass sich die Eigenfrequenz während des Betriebes ändert. Um immer eine maximale Schwingungsamplitude zu erzielen, ist eine adaptive Regelung erforderlich.This As a result, the piezoceramic used as the actuator always stimulated with the natural frequency of the whole system piezoceramic plus attachments must be to a maximum vibration amplitude on the vibrating plate to achieve and thus optimally atomize the highly viscous liquid. in this connection it is now problematic that the natural frequency during the Operation changes. Around always achieving a maximum oscillation amplitude is an adaptive one Regulation required.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschrei bung. Zur näheren Erläuterung wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.Further give advantageous embodiments of the present invention from the dependent claims and the description. For a more detailed explanation the invention will be based on preferred embodiments below described in more detail with reference to the drawing.

In der Zeichnung zeigt dabei:In the drawing shows:

1 einen Ultraschallzerstäuber in einer schematischen, teilweise geschnittenen Darstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; 1 an ultrasonic atomizer in a schematic, partially sectioned view according to a preferred embodiment;

2 eine schematische Darstellung der Wirkung einer Luftführung in einem Ultraschallzerstäuber gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 2 a schematic representation of the effect of an air duct in an ultrasonic atomizer according to another preferred embodiment of the invention;

3 ein Drallblech zur Erzeugung einer Luftführung; 3 a swirl plate for generating an air duct;

4 eine beispielhafte Anordnung zweier Ultraschallzerstäuber, sowie deren jeweilige und deren Gesamttropfenverteilung; 4 an exemplary arrangement of two ultrasonic atomizers, and their respective and their total drop distribution;

5 eine Anordnung der Ultraschallzerstäuber in einer Ansicht von oben, gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung; 5 an arrangement of the ultrasonic atomizer in a view from above, according to yet another embodiment of the invention;

6 die Drallrichtung zweier nebeneinander angeordneter Ultraschallzerstäuber in einer Ansicht von oben; 6 the spin direction of two juxtaposed ultrasonic atomizers in a view from above;

7 eine schematische Darstellung einer Zuführung des Fluids zu den Ultraschallzerstäubern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und 7 a schematic representation of a supply of the fluid to the ultrasonic atomizers according to a preferred embodiment; and

8 ein Schaltbild einer Ansteuerung. 8th a circuit diagram of a control.

Beispielhaft soll im folgenden die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Einsatz zum Zerstäuben von Bindemittel als Fluid, beispielsweise zum schichtweisen Aufbau von Gussmodellen aus Partikelmaterial, Bindemittel und Härter erläutert werden.exemplary will be in the following the device according to the invention for use for atomising Binders as a fluid, for example for the layered construction of Cast models of particulate material, binder and hardener are explained.

Bei einem solchen Aufbauverfahren eines Bauteiles, wie eines Gussmodelles, wird eine Bauplattform, auf die die Gussform aufgebaut werden soll, um eine Schichtstärke abgesenkt. Danach wird Partikelmaterial, beispielsweise Quarzsand, in einer erwünschten Schichtstärke auf die Bauplattform aufgetragen. Daran schließt sich das Auftragen des Bindemittels, im wesentlichen großflächig auf dem Partikelmaterial, an, wonach dann selektiv auf den auszuhärtenden Bereichen Härter aufgebracht wird. Dies kann beispielsweise mittels eines Drop-on-demand-Tropfenerzeugers, nach Art eines Tintenstrahldruckers, durchgeführt werden. Diese Auftragungsschritte werden wiederholt, bis das fertige Bauteil, eingebettet in loses Partikelmaterial, erhalten wird.at Such a construction method of a component, such as a cast model, becomes a build platform on which the mold is to be built a layer thickness lowered. Thereafter, particulate material, such as quartz sand, in a desired layer thickness applied to the build platform. This is followed by the application of the binder, essentially over a large area the particulate material, which then selectively on the cured Areas hardener is applied. This can be achieved, for example, by means of a drop-on-demand drop generator, in the manner of an inkjet printer. These application steps be repeated until the finished part, embedded in loose Particle material is obtained.

In der 1 ist nun beispielhaft der Aufbau eines Ultraschallzerstäubers 1A zum Auftragen von Bindemittel dargestellt. Das Prinzip eines erfindungsgemäß eingesetzten Ultraschallzerstäubers 1A beruht vorzugsweise auf einem Leistungsultraschallwandler mit einem Amplitudentransformator.In the 1 is now an example of the structure of a Ultraschallzerstäubers 1A for applying binder shown. The principle of an ultrasonic atomizer used according to the invention 1A is preferably based on a power ultrasound transducer with an amplitude transformer.

Bei einem derartigen Leistungsultraschallwandler wird die für die Zerstäubung von Flüssigkeiten eigentlich unzureichende Amplitude der Longitudinalschwingung einer Piezokeramik an der abstrahlenden Fläche eines Wandlers durch einen Amplitudentransformator verstärkt. In der gezeigten Ausführungsform kommt dabei ein sogenanntes Stufenhorn 3 zum Einsatz, das die von den Piezoaktuatoren 2A, 2B eingebrachte Schwingungsenergie auf eine kleine Fläche, die sogenannte Abstrahlfläche, konzentriert und derart die Amplitude dieser Schwingung stark vergrößert.In such a power ultrasound transducer, the amplitude of the longitudinal vibration of a piezoceramic, which is actually insufficient for the atomization of liquids, is amplified by an amplitude transformer on the radiating surface of a transducer. In the embodiment shown here is a so-called step horn 3 used by the piezo actuators 2A . 2 B introduced vibration energy concentrated on a small area, the so-called radiating surface, and thus greatly increases the amplitude of this vibration.

Die zwei Piezoaktuatoren 2A, 2B werden dabei mittels einer Spannmutter 4 auf ein Stufenhorn 3 aufgespannt und mit Hilfe einer Kontaktfolie 5 und einer Befestigungsfolie 6 kontaktiert. Durch die gegengleiche Anordnung der Piezoaktuatoren 2A, 2B erfolgt bei einer Ansteuerung eine Dickenzunahme in beide Richtungen.The two piezoactuators 2A . 2 B be doing this by means of a clamping nut 4 on a step horn 3 clamped and with the help of a contact foil 5 and a fastening film 6 contacted. Due to the opposite arrangement of the piezo actuators 2A . 2 B If there is an activation, an increase in thickness takes place in both directions.

Zusätzlich kann eine Ausgleichsscheibe die Piezoaktuatoren 2A, 2B vor Beschädigung bei der Montage und durch einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu Stahl das Gesamtsystem vor einer großen Temperaturabhängigkeit zu schützen.In addition, a shim may be the piezo actuators 2A . 2 B to protect the entire system against a large temperature dependence from damage during assembly and by a different thermal expansion coefficient compared to steel.

Gemäß der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Ultraschallzerstäuber 1A mit einer Luftführung ausgebildet. In der 2 ist nun die Wirkung der Luftführung genauer dargestellt. Dabei zeigt die 2A einen Ultraschallzerstäuber 1A ohne Luftzufuhr und die 2B mit zugeführter Luft 7. Wie der 2A zu entnehmen ist, bewegen sich die zerstäubten Flüssigkeitspartikel 8 üblicherweise nur durch ihre eigene Schwerkraft vom Ultraschallzerstäuber 1A zur Bearbeitungsfläche, auf die sie aufgetragen werden sollen. Es entsteht daher ein Zerstäubungsbild, das im Querschnitt der Austrittsfläche des Ultraschallzerstäubers 1A ähnelt. Um einen größerflächigen Auftrag zu erzielen, wird das zerstäubte Fluid 8, hier Bindemittel, vorzugsweise durch zugeführte Luft 7, die eine kegelförmige Luftführung zur Folge hat, aufgefächert.According to the illustrated embodiment of the invention, the ultrasonic atomizer 1A formed with an air guide. In the 2 Now the effect of the air duct is shown in more detail. It shows the 2A an ultrasonic atomizer 1A without air supply and the 2 B with supplied air 7 , Again 2A can be seen, move the atomized liquid particles 8th usually only by their own gravity from the ultrasonic atomizer 1A to the working surface to which they are to be applied. There is therefore an atomization image which is in the cross section of the exit surface of the ultrasonic atomizer 1A similar. To achieve a larger area application, the atomized fluid 8th , here binder, preferably by supplied air 7 , which results in a conical air guide, fanned out.

Die zugeführte Luft 7 wird dabei durch Umlenkbleche 9 in eine starke Rotation versetzt und tritt neben der vibrierenden Fläche des Ultraschallzerstäubers 1A als rotierende, zylindrische Luft-Fluid-Partikelmasse aus. Das zerstäubte Bindemittel 8 wird durch den Luftstrom mitgerissen und durch diese Zirkulation der Luft kegelförmig aufgeweitet. Dies ist in der 2B durch die Pfeile schematisch dargestellt.The supplied air 7 is doing by baffles 9 placed in a strong rotation and occurs next to the vibrating surface of the ultrasonic atomizer 1A as a rotating, cylindrical air-fluid particle mass. The atomized binder 8th is entrained by the air flow and widened conically by this circulation of air. This is in the 2 B shown schematically by the arrows.

Der entstehende Kegelwinkel der austretenden Luft-Bindemittelpartikel-Masse ist dabei abhängig von der Geometrie der Umlenkbleche 9, des Austrittsquerschnitts des Ultraschallzerstäubers 1A und dem Druck der zugeführten Luft 7.The resulting cone angle of the exiting air-binder particle mass is dependent on the geometry of the baffles 9 , the exit cross section of the ultrasonic atomizer 1A and the pressure of the supplied air 7 ,

Wie schon erwähnt, wird die Luftzirkulation durch eingelegte Drallbleche 10, die mit Umlenkblechen 9 versehen sind, und die individuell nach Drallrichtung und Drallstärke eingestellt werden können, erreicht.As already mentioned, the air circulation through inserted swirl plates 10 that with baffles 9 are provided, and which can be adjusted individually according to twisting and twisting strength achieved.

In der 3 ist beispielhaft ein solches Drallblech 10 mit darauf angeordneten Umlenkblechen 9 dargestellt.In the 3 is an example of such a swirl plate 10 with thereon arranged baffles 9 shown.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich derart aus, dass mindestens zwei Ultraschallzerstäuber 1A, 1B im wesentlichen oberhalb des vorgegebenen Bereiches, auf den das zerstäubte Fluid aufgetragen wird, angeordnet sind.A device according to the invention is characterized in that at least two ultrasonic atomizers 1A . 1B substantially above the predetermined area to which the atomized fluid is applied.

Werden nun Ultraschallzerstäuber 1A, 1B mit durch Luftführungen erzeugten Sprühkegeln eingesetzt, kann durch das Nebeneinanderanordnen der Ultraschallerzeuger und damit auch der der Sprühkegel ein homogenes Sprühbild des zerstäubten Bindemittels 8 erreicht werden. Dies ist schematisch in der 4 dargestellt. Dabei ist die Tropfenverteilung, also das zer stäubte Bindemittel 8 auf einem zu beschichtenden Bereich, des einen Ultraschallzerstäubers 1A dünner gestrichelt und die des anderen Ultraschallzerstäubers 1B fetter gestrichelt dargestellt.Now become ultrasonic atomizers 1A . 1B used with spray cones generated by air ducts, by juxtaposing the ultrasonic generator and thus also the spray cone, a homogeneous spray pattern of the atomized binder 8th be achieved. This is schematically in the 4 shown. Here is the droplet distribution, so the zer dusted binder 8th on a region to be coated, of an ultrasonic atomizer 1A thinner dashed and the other ultrasonic atomizer 1B shown in bold dashed lines.

Die als durchgezogene Linie dargestellte Gesamtverteilung des zerstäubten Bindemittels 8 auf einem Bereich ist, wie der 4 zu entnehmen ist, im wesentlichen eine ebene Verteilung, wie sie meist auch erwünscht ist. Der Abstand der einzelnen Ultraschallzerstäuber 1A, 1B zueinander ist dabei abhängig von dem Abstand der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B von dem mit dem zerstäubten Bindemittel 8 zu versehenen Bereich, wie hier beispielsweise einer zu beschichtenden Fläche.The overall distribution of the atomized binder shown as a solid line 8th on an area is like that 4 can be seen, essentially a flat distribution, as it is usually desired. The distance of the individual ultrasonic atomizers 1A . 1B each other depends on the distance of the ultrasonic atomizer 1A . 1B from that with the atomized binder 8th To be provided area, as here, for example, a surface to be coated.

Ein typischer Abstand der Ultraschallerzeuger 1A, 1B zu der zu beschichtenden Fläche beträgt 140 bis 160 mm. Dabei hat sich ein seitlicher Abstand der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B voneinander von ca. 45 mm als vorteilhaft erwiesen.A typical distance of the ultrasonic generators 1A . 1B to the surface to be coated is 140 to 160 mm. This has a lateral distance of the ultrasonic atomizer 1A . 1B each other of about 45 mm proved to be advantageous.

In der 5 ist nun eine vorteilhafte Anordnung der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D in einer Ansicht von oben dargestellt. Es sind dabei beispielhaft vier Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D angeordnet, jedoch könnten nach links und nach rechts weiter jeweils in dieser in der 5 gezeigten Art und Weise weitere Ultraschallerzeuger angeordnet werden.In the 5 is now an advantageous arrangement of the ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D shown in a view from above. There are four ultrasonic atomizers exemplarily 1A . 1B . 1C . 1D arranged, however, could continue to the left and to the right respectively in this in the 5 shown manner further ultrasonic generators are arranged.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D werden die Systeme seitlich versetzt gegenüberliegend an einem Träger 11 angeordnet. Derart können die geforderten Abstände der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D gut eingehalten werden. Ferner kann durch das Verfahren des Trägers 11 auch ein gleichmäßiges Verfahren aller Ul traschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D erreicht werden, wenn dies erwünscht ist.In this inventive arrangement of the ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D The systems are laterally offset from each other on a support 11 arranged. In this way, the required distances of the ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D be well respected. Furthermore, by the method of the carrier 11 also a uniform procedure of all ultrasound atomizers 1A . 1B . 1C . 1D be achieved if desired.

Die durch die oben näher beschriebene Luftführung erreichte Drallrichtung bzw. Luftrotationsrichtung 12A, 12B der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D ist in handelsüblichen Ultraschallzerstäubern 1A, 1B, 1C, 1D meist einheitlich. Dies bedeutet, dass bei einer Nebeneinanderanordnung der Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D das Zerstäuben beeinträchtigt werden kann, da im Überlappungspunkt der durch die zugeführte Luft 7 erzeugten Kegel des zerstäubten Bindemittels 8 diese mit einer entgegengesetzter Geschwindigkeit aufeinanderprallen.The direction of rotation or air rotation direction achieved by the air guide described in more detail above 12A . 12B the ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D is in commercial ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D mostly uniform. This means that in a juxtaposition of the ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D The sputtering can be affected, as in the overlap point of the supplied air 7 generated cones of atomized binder 8th these collide at an opposite speed.

Um dies zu vermeiden, ist in der 6 eine vorteilhafte Ausgestaltung nebeneinander angeordneter Ultraschallzerstäuber 1A, 1B dargestellt, wobei die Luftrotationsrichtung durch die Pfeile 12A, 12B dargestellt ist. Es wird nun gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform dem Aufeinanderprallen des zerstäubten Fluids beziehungsweise Bindemittels 8 mit einer entgegengesetzten Geschwindigkeit derart entgegengewirkt, dass benachbarte Ultraschallzerstäuber 1A, 1B eine entgegengesetzte Luftrotationsrichtung 12A, 12B aufweisen. Bei einer solchen Ausgestaltung wird die Störung des Flusses des Fluides in dem sich überlappenden Bereich der „Fluidkegel" erheblich verringert.To avoid this, is in the 6 an advantageous embodiment juxtaposed ultrasonic atomizer 1A . 1B represented, wherein the Luftrotationsrichtung by the arrows 12A . 12B is shown. It will now according to the preferred embodiment shown the collision of the atomized fluid or binder 8th counteracted at an opposite rate such that adjacent ultrasonic atomizers 1A . 1B an opposite direction of air rotation 12A . 12B exhibit. In such an embodiment, the disturbance of the flow of the fluid in the overlapping region of the "Fluid cone" significantly reduced.

Erfindungsgemäß werden mindestens zwei oder mehrere Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E eingesetzt. Um diese Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E alle mit dem zu zerstäubenden Fluid 8, dem Bindemittel, zu versorgen, ist in der 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der alle Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E gleichberechtigt mit dem Fluid versorgt werden.According to the invention, at least two or more ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E used. To these ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E all with the fluid to be atomized 8th to supply the binder is in the 7 a device according to the invention shown, in which all ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E Equally supplied with the fluid.

Außerdem ist bei einer derartigen Zuführung die Anzahl der angeschlossenen Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, variabel. Auch ist ein Zu- oder Abschalten der Ultraschallzerstäubern 1A, 1B, 1C, 1D, 1E ohne sonstige Beeinträchtigungen zu ermöglichen. Weiterhin ist eine genaue Einhaltung der Durchflußmenge des Fluides möglich.In addition, in such a feeder, the number of connected ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D . 1E , variable. Also is an on or off the ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E without allowing other impairments. Furthermore, a precise maintenance of the flow rate of the fluid is possible.

Es wird nun eine zentrale Zuführung gewählt, die für. alle Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E einen konstanten Druck des Mediums bereitstellt. Grundsätzlich sind die Gehäuse- und Leitungsquerschnitte derart gewählt, dass sich bei den vorhandenen Strömungsgeschwindigkeiten kein Druckabfall im System einstellt.A central feeder is now selected for. all ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E provides a constant pressure of the medium. Basically, the housing and cable cross-sections are chosen such that sets no pressure drop in the system at the existing flow rates.

Da hierbei gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform hochviskose Fluide, nämlich vorzugsweise Bindemittel, verwendet werden, ist der Temperatureinfluß auf die Viskosität und somit bei einem Druckförderer auch auf die Durchflußmenge, erheblich. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wird der nötige Druck, der zu einer gewünschten Durchflußrate führt, abhängig von Temperatur und dem eingesetzten Fluid über ein passendes Druckregelventil 13 variabel eingestellt. Der Druck wird also ständig bei Laufzeit der Vorrichtung den äußeren Gegebenheiten angepaßt.In this case, according to the preferred embodiment shown, since highly viscous fluids, namely preferably binders, are used, the influence of temperature on the viscosity and thus also on the flow rate in a pressure conveyor is considerable. To take this fact into account, the necessary pressure, which leads to a desired flow rate, depending on the temperature and the fluid used via a suitable pressure control valve 13 set variably. The pressure is thus constantly adapted at runtime of the device to the external conditions.

Um letztendlich den Ultraschallzerstäubern 1A, 1B, 1C, 1D, 1E jeweils die gleiche Menge an Fluid zuzuführen, müssen diese vor ihrem Einsatz kalibriert werden. Alle Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E müssen dem Fluid den gleichen Durchflußwiderstand bieten. Dies wird gemäß der gezeigten bevor zugten Ausführungsform durch den Einsatz von Drosseln 17A, 17B, 17C, 17D, 17E erreicht, die den jeweiligen Ultraschallzerstäubern 1A, 1B, 1C, 1D, 1E vorgeschaltet sind.To finally the ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E each supplying the same amount of fluid, they must be calibrated before use. All ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E must provide the fluid with the same flow resistance. This is according to the shown before ferred embodiment through the use of throttles 17A . 17B . 17C . 17D . 17E achieved, the respective ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E upstream.

Das Fluid wird in einen Druckbehälter 14 eingefüllt und mittels des Druckregelsystems 13 auf den nötigen Druck gebracht. Das Fluid fließt von dort aus weiter in einen Verteiler 15 und wird über Leitungen zu den Drosseln 17A, 17B, 17C, 17D, 17E geführt, die ihrerseits die Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E mit dem Fluid versorgen. Über zusätzlich zwischengeschaltete Ventile 16A, 16B, 16C, 16D, 16E können die jeweiligen Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E jeweils zu- oder abgeschaltet werden. Derart gesteuert muss nicht zwangsläufig immer die selbe, gesamte Fläche mit dem Bindemittel beschichtet werden, sondern nur so viel, wie notwendig. Dadurch ist eine Einsparung des Bindemittels möglich.The fluid is in a pressure vessel 14 filled and by means of the pressure control system 13 brought to the necessary pressure. The fluid flows from there into a distributor 15 and becomes via lines to the chokes 17A . 17B . 17C . 17D . 17E led, in turn, the ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D . 1E supply with the fluid. Via additionally interposed valves 16A . 16B . 16C . 16D . 16E can the respective ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E each switched on or off. Controlled in this way, it is not always necessary to coat the same entire surface with the binder, but only as much as necessary. As a result, a saving of the binder is possible.

In der 8 ist nun beispielhaft ein Logikbild einer vorzugsweise verwendeten Ansteuerung für die Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E dargestellt. Aufgabe einer Ansteuerung ist es im Allgemeinen, die Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E mit ihrer Eigenfrequenz anzuregen, um eine maximale Schwingungsamplitude auf der Schwingplatte zu erreichen. Problematisch ist jedoch, dass sich üblicherweise die Eigenfrequenz während des Betriebes ändert und somit eine adaptive Regelung der Frequenz erfolgen muss.In the 8th is now an example of a logic diagram of a preferably used control for the ultrasonic atomizer 1A . 1B . 1C . 1D . 1E shown. The task of a control is generally the ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E with their natural frequency to achieve a maximum vibration amplitude on the vibrating plate. The problem, however, is that usually the natural frequency changes during operation and thus an adaptive control of the frequency must be made.

Ein Ultraschallerzeuger 1A besitzt in seinem Resonanzbereich einen definierten Verlauf seiner elektrischen Impedanz I. Dieser Verlauf wird in einem digitalen Regler 20, wie beispielsweise einem Mikrokontroller, derart hinterlegt, dass zuerst eine Umrechnung der Impedanz I in die Spannung U mittels einer Vorrichtung 18 erfolgt. Danach wird dieses analoge Signal in einem Analog/Digital-Wandler 19 in ein digitales Signal umgewandelt und dem Regler 20 zugeführt.An ultrasound generator 1A has in its resonance range a defined course of its electrical impedance I. This course is in a digital controller 20 , such as a microcontroller, deposited such that first a conversion of the impedance I in the voltage U by means of a device 18 he follows. Thereafter, this analog signal is in an analog / digital converter 19 converted into a digital signal and the regulator 20 fed.

Der Regler steuert einen regelbaren Oszillator 22, dessen Ausgangsspannung auf die notwendigen Verhältnisse mit Hilfe eines Verstärkers 23 verstärkt und über einen Transformator 24 transformiert wird. Dem Ultraschallzerstäuber 1A wird dieses Signal zugeführt und dadurch eine Oszillation desselbigen bewirkt.The controller controls a controllable oscillator 22 , whose output voltage to the necessary conditions with the help of an amplifier 23 amplified and via a transformer 24 is transformed. The ultrasonic atomizer 1A This signal is supplied and thereby causes an oscillation desselbigen.

Wird nun die Oszillatorfrequenz gering variiert und gleichzeitig die Impedanz des Ultraschallzerstäubers 1A gemessen, erkennt der Regler 20, ob die Eigenfrequenz des Ultraschallzerstäubers 1A erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, kann entschieden werden, ob die Frequenz des Oszillators erhöht oder verringert werden muss, um die momentane Eigenfrequenz des Ultraschallzerstäubers 1A zu erreichen.If now the oscillator frequency is varied slightly and at the same time the impedance of the ultrasonic atomizer 1A measured, the controller detects 20 , whether the natural frequency of the ultrasonic atomizer 1A is reached. If this is not the case, it can be decided whether the frequency of the oscillator must be increased or decreased by the current natural frequency of the ultrasonic atomizer 1A to reach.

Da der Regler 20 den Verlauf der elektrischen Impedanz und den möglichen Bereich der Eigenfrequenz des Ultraschallzerstäubers 1A kennt, kann zudem leicht festgestellt werden, ob eine Oszillation in Resonanz stattfindet oder nicht und somit die Funktion überprüft werden und Oszillationen in unerwünschten Moden verhindert werden.Because the regulator 20 the course of the electrical impedance and the possible range of the natural frequency of the ultrasonic atomizer 1A In addition, it can be easily ascertained whether an oscillation takes place in resonance or not and thus the function is checked and oscillations in undesired modes are prevented.

Eine derartige Regelung erfolgt permanent, was in der 8 durch den geschlossenen Kreislauf dargestellt ist.Such a regulation is permanent, which in the 8th represented by the closed circuit.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zerstäuben von Fluiden hat es sich besonders als vorteilhaft erwiesen, dass keine verstopfungsanfälligen Düsenquerschnitte notwendig sind, da Ultraschallzerstäuber 1A, 1B, 1C, 1D, 1E eingesetzt werden. Weiterhin haben die Ultraschallzerstäuber keine star ke Luftströmung, die einen Sand, auf den beispielsweise Bindemittel aufgetragen werden soll, verblasen können. Außerdem hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Tropfenausstoß sehr gleichmäßig ist und damit durch das An- und Ab- bzw. Zu- und Abschalten unproblematisch ist.With a device according to the invention For spraying fluids, it has proven to be particularly advantageous that no nozzle sections susceptible to clogging are necessary, since ultrasonic atomizers 1A . 1B . 1C . 1D . 1E be used. Furthermore, the ultrasonic atomizers have no star ke air flow, which can sand a sand on which, for example, binder is to be applied. In addition, it has proved to be advantageous that the drop ejection is very uniform and thus is unproblematic by the on and off or on and off.

Weiterhin haben diese Ultraschallzerstäuber eine sehr hohe Lebensdauer, erzeugen geringe Tropfendurchmesser und weisen eine geringe Leistungsaufnahme auf. Insbesondere mit einer Ansteuerung, wie sie oben beschrieben wurde, ist ein Ultraschallzerstäuber besonders leicht anzusteuern.Farther These ultrasonic atomizers have one very long life, produce small drop diameter and have a low power consumption. In particular, with a control, such as As described above, an ultrasonic atomizer is particularly easy to control.

1A bis E1A to E
Ultraschallzerstäuberultrasonic nebulizer
2A, 2B2A, 2 B
Piezoaktuatorenpiezo actuators
33
Stufenhornstep horn
44
Spannmutterlocknut
55
KontaktfolieContact sheet
66
Befestigungsfolieattaching sheet
77
Luftzuführungair supply
88th
Zerstäubtes FluidAtomized fluid
99
Umlenkblechebaffles
1010
Drallblecheairguides
1111
Trägercarrier
12A, 12B12A, 12B
LuftrotationsrichtungAir rotation direction
1313
DruckregelsystemPressure control system
1414
Druckbehälterpressure vessel
1515
Verteilerdistributor
16A bis E16A to E
Ventilevalves
17A bis E17A to E
Drosselnthrottle
1818
Impedanz-Spannungs-WandlerImpedance-voltage converter
1919
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
2020
Digitaler Reglerdigital regulator
2121
Digital-Analog-WandlerDigital to analog converter
2222
Spannung-Frequenz-WandlerVoltage-to-frequency converter
2323
Verstärkeramplifier
2424
Transformatortransformer

Claims (14)

Vorrichtung zum Auftragen von zerstäubten Fluiden mittels Ultraschallzerstäuber auf einen vorgegebenen Bereich, wobei mindestens zwei Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E), die mit dem Fluid beliefert werden, im wesentlichen oberhalb des vorgegebenen Bereiches, in Richtung zur Auftragung gesehen, angeordnet sind.Device for applying atomized fluids by means of an ultrasonic atomizer to a predetermined area, wherein at least two ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ), which are supplied with the fluid, substantially above the predetermined range, as seen in the direction of application, are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) über dem vorgegebenen Bereich verfahrbar ist.Device according to claim 1, wherein at least one of the ultrasonic atomisers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) is movable over the predetermined range. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) nebeneinander, hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordnet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the at least two ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) are arranged side by side, one behind the other and / or offset from each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens vier Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) vorgesehen sind.Device according to one of the preceding claims, wherein at least four ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) are provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) mit einer Luftführung versehen ist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least one ultrasonic atomizer ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) is provided with an air duct. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zerstäubten Partikel (8) durch die Luftführung beim Austritt aus dem Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) kegelförmig aufgeweitet sind.Apparatus according to claim 4, wherein the atomized particles ( 8th ) through the air guide on exiting the ultrasonic atomizer ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) are widened conically. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Luftführung durch durch ein Drallblech (10) hindurchgeleitete Luft gebildet ist.Apparatus according to claim 5 or 6, wherein the air duct through by a swirl plate ( 10 ) passed through air is formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei mindestens zwei Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) Luftführungen aufweisen, die entgegengesetzte Luftrotationsrichtungen (12A, 12B) aufweisen.Device according to one of claims 5 to 7, wherein at least two ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) Have air ducts which have opposite directions of air rotation ( 12A . 12B ) exhibit. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid eine hochviskose Flüssigkeit, insbesondere ein Bindemittel für Formsand, ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the fluid is a highly viscous liquid, in particular a binder for Molding sand, is. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Druck, mit dem die mindestens zwei Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) zentral mit dem Fluid beliefert werden, gleichbleibend ist.Device according to one of the preceding claims, wherein a pressure with which the at least two ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) are supplied centrally with the fluid, is constant. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Druck an äußere Einflussfaktoren angepasst ist.Apparatus according to claim 10, wherein the pressure is due to external factors is adjusted. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor den Ultraschallzerstäubern (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) jeweils eine Drossel (17A, 17B, 17C, 17D, 17E) für eine Zuführung des Fluids vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, wherein in front of the ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) one throttle each ( 17A . 17B . 17C . 17D . 17E ) is provided for a supply of the fluid. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) einzeln zu- und abschaltbar sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) are individually switched on and off. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ansteuerung der Ultraschallzerstäuber (1A, 1B, 1C, 1D, 1E) adaptiv ist.Device according to one of the preceding claims, wherein a control of the ultrasonic atomizers ( 1A . 1B . 1C . 1D . 1E ) is adaptive.
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